CZ307645B6 - Method of manufacturing steel parts - Google Patents

Abstract

Způsob výroby ocelových dílů metodou využívající tvorbu vícefázové struktury, skládající se z nízkonapěťového martenzitu se zvýšenou plasticitou a stabilizovaným zbytkovým austenitem, částečným zakalením v kalicí lázni tvořené vařící vodou, přičemž teplota Moceli leží nad teplotou bodu varu vodního kalicího média, spočívá v tom, že polotovar je z teploty austenitu zachlazen postupným opakovaným zanořováním a vynořováním do kalicí lázně až do okamžiku, kdy je dosažena v celém objemu polotovaru teplota mezi Qa Q, bezprostředně poté je provedena stabilizace austenitu při teplotě, která může být stejná, vyšší a/nebo nižší, než byly teploty kalení Qa Q, polotovar je poté z pece vyjmut a vychlazen na teplotu okolí.A method for producing steel parts by a method using a multi-phase structure consisting of low-voltage martensite with increased plasticity and stabilized residual austenite, a partial quenching in a quenching water bath boiling water temperature above the boiling point of the water quenching medium. it is quenched from the austenite temperature by successive repeated plunging and surfacing into the quenching bath until the temperature between Qa Q is reached throughout the blank, immediately after stabilizing the austenite at a temperature that can be the same, higher and / or lower than the quenching temperatures were Q and Q, the blank is then removed from the furnace and cooled to ambient temperature.

Description

Způsob výroby součástí z ocelíMethod of production of steel parts

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu výroby ocelových dílů, jejichž teplota Mf leží nad teplotou varu vodního kalicího média, využívající tvorbu vícefázové struktury částečným zakalením ve vroucí vodní lázni, vedoucí ke vzniku mikrostruktury s nízkonapěťovým martenzitem se zvýšenou plasticitou a stabilizovaným zbytkovým austenitem.The invention relates to a process for the production of steel parts having a temperature Mf above the boiling point of an aqueous quenching medium utilizing the formation of a multiphase structure by partial turbidity in a boiling water bath resulting in a microstructure with low-voltage martensite with increased plasticity and stabilized residual austenite.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Ocelové díly jsou zpravidla vyráběny z polotovarů, které jsou ve stavu dobré zpracovatelnosti. Poté je zpravidla nutno modifikovat strukturu součásti tak, aby byly dosaženy vhodné mechanické vlastnosti pro danou technickou aplikaci. Často je k tomu používán proces kombinace kalení a popouštění, takzvané zušlechťování, a to v různých variantách a využití různých parametrů podle použitého materiálu a podle požadovaných vlastností výsledné struktury. Výslednou strukturou po kalení je zpravidla martenzit, který vykazuje sice vysokou pevnost, ale díky vnitřním pnutím má velmi nízkou tažnost. To představuje problém při namáhání součástí, které by se při provozním namáhání snadno poškodily lomem. Proto je při zušlechťování martenzitická struktura po kalení následně popouštěna. Tím vzniká specifická struktura bainitu, nazývaná rovněž jako sorbit. Ten se skládá zpravidla z jemných karbidů a z bainitického feritu. Tímto postupem zpracování se sice poněkud snižuje pevnost materiálu, ale zároveň se zvyšuje tažnost, která je důležitá pro dosažení požadované provozní bezpečnosti součástí. V nedávné minulosti byly vyvinuty procesy, které umožňují dosáhnout tažností kolem 10 % i u vícefázových martenzitických struktur, avšak jejich aplikace je doposud komplikovaná, neboť kalení musí být přerušeno při definovaných teplotách, zpravidla kolem 200 až 300 °C. Poté musí být provedeno temperování při teplotách v rozmezí 200 až 380 °C. Pro takový postup je nutno používat speciální postupy a média, jako je kupříkladu kalení do solných lázní. Tyto postupy vyžadují speciální, velmi často komplikovaná řízení, energetické náklady a představují i značnou ekologickou zátěž spojenou s využíváním solných kalicích médií. Navíc je nutno provádět čištění povrchu výrobků od zbytků kalicích médií, nebo zavádět opatření, aby použitá média na produktech neulpívala.Steel parts are usually made of semi-finished products that are in good working condition. Thereafter, it is generally necessary to modify the structure of the part so as to obtain suitable mechanical properties for the technical application. Often, the process of combining hardening and tempering, so-called refining, is used in various variations and utilizing different parameters according to the material used and the desired properties of the resulting structure. The resulting structure after quenching is usually martensite, which shows high strength but has a very low ductility due to internal stresses. This poses a problem in the stressing of components that would easily be damaged by fracture under operational stress. Therefore, during refining, the martensitic structure is subsequently tempered after quenching. This creates a specific structure of bainite, also called sorbitol. It is usually composed of fine carbides and bainite ferrite. Although this treatment process reduces the strength of the material somewhat, it also increases the ductility, which is important for achieving the required operational safety of the components. In the recent past, processes have been developed which make it possible to achieve ductility of about 10% even in multiphase martensitic structures, but their application is still complicated since quenching has to be interrupted at defined temperatures, usually around 200 to 300 ° C. Tempering must then be carried out at temperatures between 200 and 380 ° C. Special processes and media, such as salt bath quenching, must be used for such a process. These processes require special, very often complicated controls, energy costs and also represent a significant environmental burden associated with the use of salt hardening media. In addition, it is necessary to clean the surface of the products from residues of hardening media or to take measures to prevent the media used from sticking to the products.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky používaných způsobů výroby odstraňuje způsob výroby charakteristický tím, že je ocelový polotovar z teploty austenitu zachlazen postupným opakovaným zachlazením ve vařící vodě. A to tak, že polotovar je postupně zanořován a vyjímán z lázně tak, aby jeho povrchová teplota neklesla pod požadovanou teplotu kalení Qt, která leží nad teplotou Mf. V okamžiku, kdy se teplota polotovaru přiblíží k teplotě Qt, je polotovar z lázně vyjmut, přičemž dojde k postupnému zvyšování povrchové teploty v důsledku tepelného toku z vnitřní části výkovku směrem k povrchu. Poté, co teplota povrchu stoupne na maximální dovolenou hodnotu QTh, je polotovar opětně zanořen do vařící vody, načež je postup opakován až do okamžiku, než je odvedeno teplo z vnitřních částí polotovaru a v celém objemu je dosažena teplota ležící mezi teplotami Qt a Qti,. Teplotou Qt se rozumí požadovaná minimální teplota zakalení a Qn, je teplota ohraničující horní dovolenou hranici teplot kalení tak, aby nedocházelo k popuštění martenzitu a k jeho rozpadu na bainitický ferit a karbidy, v tom okamžiku je proces kalení polotovaru ukončen a bezprostředně poté je provedena stabilizace jeho struktury při teplotě stabilizace, která může být poněkud vyšší, nebo i poněkud nižší, než byly teploty kalení Qt a QTh. Tato stabilizace je provedena například v peci. Po několikaminutové stabilizaci se výrobek nechá vychladnout na teplotu okolí.The aforementioned drawbacks of the production methods used are overcome by the production method characterized in that the steel blank is cooled from the austenite temperature by successive repeated cooling in boiling water. This is done so that the preform is gradually immersed and removed from the bath so that its surface temperature does not fall below the desired quenching temperature Qt, which is above the temperature Mf. As the workpiece temperature approaches the temperature Qt, the workpiece is removed from the bath, gradually increasing the surface temperature due to heat flow from the interior of the forging towards the surface. After the surface temperature rises to the maximum allowable value of QTh, the workpiece is re-immersed in boiling water, then the process is repeated until the heat is dissipated from the inner parts of the workpiece and the temperature between Qt and Qti is reached throughout. . The temperature Qt means the required minimum cloud point and Qn, the temperature limiting the upper limit of the quenching temperatures so that the martensite is not released and decomposes to bainitic ferrite and carbides, at which point the quenching process of the workpiece is terminated and immediately thereafter the structure at a stabilization temperature which may be somewhat higher or even somewhat lower than the quenching temperatures Qt and QTh. This stabilization is carried out, for example, in an oven. After stabilizing for several minutes, the product is allowed to cool to ambient temperature.

- 1 CZ 307645 B6- 1 GB 307645 B6

Příklad uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Polotovar z oceli o složení viz tab. 1 je při teplotě přibližně 930 °C zavěšen do závěsu kalicího manipulátoru. Ten je programově, podle předem stanoveného postupu chlazení, ovládán tak, že opakovaně zanořuje a vyjímá polotovar z chladicí lázně. Po dosažení teploty polotovaru v intervalu Qt a Qm je zanotování ukončeno a při této teplotě je polotovar přemístěn do pece s teplotou přibližně 300 °C, ve které setrvá podle velikosti a tvaru v rozmezí přibližně 5 až 20 minut. Poté je z pece vyjmut a vychlazen na teplotu okolí.Semi-finished steel of composition see tab. 1 is suspended at a temperature of about 930 ° C in the suspension of the quenching manipulator. It is programmed, according to a predetermined cooling procedure, to repeatedly plunge and remove the blank from the cooling bath. Upon reaching the temperature of the workpiece in the interval Qt and Qm, the swelling is complete and at this temperature the workpiece is transferred to an oven at about 300 ° C, where it will remain in the range of about 5 to 20 minutes depending on size and shape. It is then removed from the furnace and cooled to ambient temperature.

c C Si Si Mn Mn 0,43 0.43 2 2 0,6 0.6

Tab. 1: Chemické složení materiálu v procentechTab. 1: Chemical composition of the material in percent

Druhým příkladem je postup, kdy je výkovek z oceli o složení viz tab. 2 bezprostředně po ostřižení a kalibraci uchopen kleštěmi robotu, který opakovaně zanořuje a vyjímá polotovar z vodní chladicí lázně. Zanotování a vynořování je voleno tak, aby bylo teplo odváděno v souladu s rozdělením množství materiálu, podle tvaru a průřezu. Přitom nemusí být pokaždé provedeno úplné zanoření. V případě potřeby robot při vynoření výkovku nastavuje výkovek do proudu vzduchu, a to tak, aby ochlazování bylo v co nejlepším souladu s požadavky na vývoj struktury. Po dosažení teploty polotovaru v intervalu Qt a QTh je proces ochlazování ukončen a při této teplotě, je výkovek přemístěn do průběžné pece s teplotou přibližně 350 °C, ve které setrvá podle velikosti a tvaru v rozmezí přibližně 15 minut. Poté je výkovek z pece vyjmut a vychlazen na teplotu okolí. __________________________________________The second example is a procedure where the forging is made of steel with the composition see Tab. 2, immediately after trimming and calibration, is gripped by a tongs of a robot that repeatedly plunges and removes the blank from the water cooling bath. The winding and surfacing is chosen so that heat is dissipated in accordance with the distribution of the amount of material according to the shape and cross-section. In this case, a complete plunging need not always be carried out. If necessary, when the forging emerges, the robot adjusts the forging into the air stream so that cooling coincides with the structure development requirements. After reaching the temperature of the blank in the interval Qt and QTh, the cooling process is terminated and at this temperature, the forging is transferred to a continuous furnace at a temperature of approximately 350 ° C, in which it will remain in size for approximately 15 minutes. Then the forging is removed from the furnace and cooled to ambient temperature. __________________________________________

C C Si Si Mn Mn 0,38 0.38 2,1 2.1 0,7 0.7

Tab. 2: Chemické složení materiálu v procentechTab. 2: Chemical composition of the material in percent

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález lze široce uplatnit v oblasti tepelného a termomechanického zpracování polotovarů z vysokopevných ocelí, zejména při výrobě ocelových dílů především pro strojírenský průmysl.The invention can be widely applied in the field of thermal and thermomechanical treatment of semi-finished products of high-strength steels, especially in the production of steel parts primarily for the engineering industry.

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims (1)

1. Způsob výroby ocelových dílů metodou využívající tvorbu vícefázové struktury, skládající se z nízkonapěťového martenzitu se zvýšenou plasticitou a stabilizovaným zbytkovým austenitem, částečným zakalením v kalicí lázni tvořené vařící vodou, přičemž teplota Mf oceli leží nad teplotou bodu varu vodního kalicího média, vyznačující se tím, že polotovar je z teploty austenitu zachlazen postupným opakovaným zanotováním a vynořováním do kalicí lázně až do okamžiku, kdy je dosažena v celém objemu polotovaru teploty mezi požadovanou minimální teplotou zakalení Q_T a teplotou ohraničující horní dovolenou hranici teplot kalení Qrh, bezprostředně poté je provedena stabilizace austenitu při teplotě, která je stejná, vyšší nebo nižší, než byly teploty Q_T a Qrh, polotovar je poté z pece vyjmut a vychlazen na teplotu okolí.Method for producing steel parts by a method utilizing the formation of a multiphase structure comprising low-voltage martensite with increased plasticity and stabilized residual austenite by partial turbidity in a boiling water hardening bath, wherein the steel temperature Mf is above the boiling point of the water hardening medium, characterized that the semifinished product is cooled from the austenite temperature by gradual re-winding and emerging into the quenching bath until the temperature is reached in the whole volume of the semifinished product between the required minimum cloud point Q _T and the temperature boundary austenite at a temperature that is equal to, higher or lower than the temperature _T and Q QRH blank is then removed from the furnace and cooled down to ambient temperature.